Aus welchen Komponenten besteht eine CPU?

Zu den Komponenten, aus denen die CPU besteht, gehören „Rechner“ und „Controller“. Die CPU (Zentraleinheit) besteht hauptsächlich aus zwei Teilen: 1. Die Recheneinheit bezieht sich auf die Komponente im Computer, die verschiedene arithmetische und logische Operationen ausführt, wobei die arithmetische Logikeinheit Teil des zentralen Verarbeitungskerns ist Controller bezieht sich auf das Hauptbefehlsgerät, das die Verkabelung des Hauptstromkreises oder Steuerstromkreises ändert und den Widerstandswert im Stromkreis gemäß einer vorgegebenen Reihenfolge ändert, um den Start, die Geschwindigkeitsregelung, das Bremsen und die Rückwärtsrichtung des Motors zu steuern.

Die Betriebsumgebung dieses Tutorials: Windows 7-System, Dell G3-Computer.

Zu den Komponenten, aus denen die CPU besteht, gehören „Rechner“ und „Controller“.

Die Zentraleinheit (CPU) ist als Rechen- und Steuerungskern des Computersystems die letzte Ausführungseinheit für die Informationsverarbeitung und Programmausführung. Seit seiner Gründung hat die CPU große Fortschritte in Bezug auf logische Struktur, Betriebseffizienz und Funktionserweiterung gemacht.

Die Zentraleinheit (CPU) ist eines der Hauptgeräte elektronischer Computer und die Kernkomponente von Computern. Seine Funktion besteht hauptsächlich darin, Computeranweisungen zu interpretieren und Daten in Computersoftware zu verarbeiten. Die CPU ist die Kernkomponente des Computers, die dafür verantwortlich ist, Anweisungen zu lesen, sie zu dekodieren und auszuführen. Die Zentraleinheit besteht hauptsächlich aus zwei Teilen, nämlich dem Controller und der Recheneinheit. Sie spielt eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Gesamtfunktion des Computers. Sie kann die Verbreitung vieler Funktionen wie Registersteuerung und logische Operationen realisieren. Senden und Empfangen von Signalen usw. und ist ein wichtiges Werkzeug zur Verbesserung der Gesamtleistung des Computers, um eine gute Grundlage zu schaffen.

Recheneinheit

Recheneinheit bezieht sich auf die Komponente im Computer, die verschiedene arithmetische und logische Operationen ausführt. Die arithmetische Logikeinheit ist Teil des zentralen Verarbeitungskerns.

(1) Arithmetisch-Logische Einheit (ALU). Arithmetische Logikeinheit bezieht sich auf eine kombinatorische Logikschaltung, die mehrere Sätze arithmetischer Operationen und logischer Operationen implementieren kann. Sie ist ein wichtiger Teil der zentralen Verarbeitung. Die Operationen der arithmetischen Logikeinheit sind hauptsächlich Zwei-Bit-Arithmetikoperationen wie Addition, Subtraktion und Multiplikation. Während des Operationsprozesses führt die arithmetische Logikeinheit hauptsächlich arithmetische und logische Operationen mithilfe von Computeranweisungen aus. Im Allgemeinen kann die ALU die Rolle des direkten Einlesens und Auslesens spielen, was sich insbesondere in der Prozessorsteuerung, im Speicher und in der Eingabe widerspiegelt und Ausgabegeräte, Ein- und Ausgabe werden auf Basis des Busses realisiert. Der Eingabebefehl enthält ein Anweisungswort, einschließlich Operationscode, Formatcode usw.

(2) Zwischenregister (IR). Seine Länge beträgt 128 Bit und seine tatsächliche Länge wird durch die Operanden bestimmt. IR spielt eine wichtige Rolle bei der „Push and Fetch“-Anweisung. Während der Ausführung dieser Anweisung wird der Inhalt von ACC an IR gesendet, dann wird der Operand an ACC abgerufen und dann wird der Inhalt von IR auf den Stapel geschoben.

(3) Betriebsakkumulator (ACC). Aktuelle Register sind im Allgemeinen Einzelakkumulatoren mit einer Länge von 128 Bit. Für ACC kann es als Akkumulator variabler Länge betrachtet werden. Bei der Beschreibung von Anweisungen wird die ACC-Länge im Allgemeinen auf der Grundlage des ACS-Werts ausgedrückt, und die ACS-Länge steht in direktem Zusammenhang mit der ACC-Länge. Eine Verdoppelung oder Halbierung der ACS-Länge kann auch als Verdoppelung oder Halbierung der ACC-Länge angesehen werden.

(4) Deskriptorregister (DR). Es wird hauptsächlich zum Speichern und Ändern von Deskriptoren verwendet. Die Länge von DR beträgt 64 Bit. Um die Datenstrukturverarbeitung zu vereinfachen, spielt die Verwendung von Deskriptoren eine wichtige Rolle. [2]

(5)B-Register. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Änderung von Anweisungen. Die Länge des B-Registers beträgt 32 Bit. Es kann den Adressänderungsbetrag während des Adressänderungsprozesses speichern. Der Deskriptor zeigt auf das erste Element im Array, daher sollten für den Zugriff auf andere Elemente im Array Modifikatoren erforderlich sein. Bei Arrays bestehen sie aus Daten gleicher Größe oder Elementen gleicher Größe und werden kontinuierlich gespeichert. Die übliche Zugriffsmethode ist der Vektordeskriptor, da die Adresse im Vektordeskriptor eine Byteadresse ist, also beim Fortfahren Während der Konvertierung Dabei sollten zunächst die Basisadressen hinzugefügt werden. Bei der Konvertierung erfolgt die Umsetzung größtenteils automatisch durch die Hardware. Dabei muss besonders auf die Ausrichtung geachtet werden, um eine Überschreitung der Array-Grenzen zu vermeiden.

Controller

Der Controller ist das Nervenzentrum des Computers und steuert alle Komponenten der gesamten Maschine so, dass sie in automatisierter Koordination arbeiten. Unter der Steuerung des Controllers kann der Computer automatisch eine Reihe von Vorgängen entsprechend den vom Programm festgelegten Schritten ausführen, um bestimmte Aufgaben zu erledigen.

Der Controller bezieht sich auf ein Master-Gerät, das die Verkabelung des Hauptstromkreises oder Steuerstromkreises in einer vorgegebenen Reihenfolge ändert und den Widerstandswert im Stromkreis ändert, um den Start, die Geschwindigkeitsregelung, das Bremsen und die Umkehrung des Motors zu steuern. Der Controller besteht aus dem Programmstatusregister PSR, dem Systemstatusregister SSR, dem Programmzähler-PC, dem Befehlsregister usw. Als „Entscheidungsmechanismus“ besteht seine Hauptaufgabe darin, Befehle auszugeben und eine Koordinierungs- und Befehlsrolle im Betrieb zu spielen des gesamten Computersystems. Es gibt zwei Hauptkategorien von Steuerungen: kombinatorische Logiksteuerungen und mikroprogrammierte Steuerungen. Beide Teile haben ihre eigenen Vor- und Nachteile. Unter diesen ist die Struktur der kombinatorischen Logiksteuerung relativ komplex, ihr Vorteil besteht jedoch darin, dass sie schneller ist. Das Design der mikroprogrammierten Steuerung hat eine einfache Struktur, aber wenn die Funktion eines Maschinenbefehls geändert wird, muss das gesamte Mikroprogramm neu programmiert werden.

Die Hauptkomponenten im Controller sind wie folgt:

• ①Anweisungsregister: Speichert Anweisungen aus dem Speicher.

• ②Decoder: Übersetzen Sie den Operationscode in der Anweisung in ein Steuersignal.

• ③ Timing-Beat-Generator: Erzeugt Timing-Puls-Beat-Signale, damit der Computer rhythmisch und ordentlich arbeitet.

• ④ Betriebssteuerungskomponenten: Kombinieren Sie Steuersignale, um jede Komponente zu steuern und den entsprechenden Vorgang abzuschließen.

• ⑤Anweisungszähler: Berechnen Sie die Adresse der nächsten Anweisung und geben Sie sie an.

Wissen erweitern: Wie die CPU funktioniert

Die Von-Neumann-Architektur ist die Grundlage moderner Computer. Bei dieser Architektur werden Programme und Daten einheitlich gespeichert. Anweisungen und Daten müssen über denselben Speicherplatz abgerufen und über denselben Bus übertragen werden und können nicht überlappend ausgeführt werden. Gemäß dem von Neumann-System ist die Arbeit der CPU in die folgenden fünf Phasen unterteilt: Phase des Befehlsabrufs, Phase der Befehlsdekodierung, Phase der Befehlsausführung, Speicherzugriff und Zurückschreiben der Ergebnisse.

• Befehlsabruf (IF, Befehlsabruf) ist der Vorgang des Abrufens eines Befehls aus dem Hauptspeicher in das Befehlsregister. Der Wert im Programmzähler gibt den Speicherort der aktuellen Anweisung im Hauptspeicher an. Wenn ein Befehl abgerufen wird, wird der Wert im Programmzähler (PC) automatisch entsprechend der Befehlswortlänge erhöht.

• Befehlsdekodierungsphase (ID, Befehlsdekodierung): Nach dem Abrufen des Befehls teilt und interpretiert der Befehlsdecoder den abgerufenen Befehl gemäß dem vorgegebenen Befehlsformat und identifiziert und unterscheidet verschiedene Befehlskategorien und verschiedene Methoden zum Abrufen des Operanden. Moderne CISC-Prozessoren nutzen Splitting, um Parallelität und Effizienz zu verbessern.

• Ausführungsanweisungsphase (EX, ausführen), insbesondere die Funktion der Anweisung erkennen. Verschiedene Teile der CPU sind miteinander verbunden, um die erforderlichen Vorgänge auszuführen.

• Zugriffs- und Zugriffsphase (MEM, Speicher). Entsprechend der Anweisung muss auf den Hauptspeicher zugegriffen und der Operand gelesen werden. Die CPU erhält die Adresse des Operanden im Hauptspeicher und liest den Operanden aus dem Hauptspeicher für den Betrieb. Einige Anweisungen erfordern keinen Zugriff auf den Hauptspeicher, daher kann dieser Schritt übersprungen werden.

• Ergebnisrückschreibstufe (WB, Write Back), als letzte Stufe „schreibt“ die Ergebnisrückschreibstufe die laufenden Ergebnisdaten der Ausführungsanweisungsstufe in eine Speicherform zurück. Die Ergebnisdaten werden im Allgemeinen in das interne Register der CPU geschrieben, damit nachfolgende Befehle schnell darauf zugreifen können. Viele Befehle ändern auch den Status der Flag-Bits im Programmstatuswortregister. Diese Flag-Bits identifizieren unterschiedliche Operationsergebnisse Wird verwendet, um Programmaktionen zu beeinflussen.

Nachdem die Anweisung ausgeführt und die Ergebnisdaten zurückgeschrieben wurden und keine unerwarteten Ereignisse (z. B. Ergebnisüberlauf usw.) auftreten, erhält der Computer die nächste Befehlsadresse vom Programmzähler und startet einen neuen Zyklus. Der nächste Befehlszyklus ruft den nächsten Befehl der Reihe nach ab. Viele komplexe CPUs können mehrere Anweisungen gleichzeitig abrufen, dekodieren und gleichzeitig ausführen.

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